Contributionà l'élimination du balourd pour une machine tournanteà Paliers Magnétiques Actifs par des techniques de commandes non linéaires
Résumé
An Active Magnetic Bearing is an actuator acting without contact on a body using electromagnetic fields. AMB are essentially used to position without contact rotors of rotating machines with the following advantages: rotor speed increasing beyond 100 000 rd/m, maintenance reduction (no greasing system), and introduction in specific environments (high temperature, vacuum). The unbalance (du to non coincidence between the geometrical axis and the axis of inertia of the rotor) is a rotating acceleration which is applied to the geometrical center and modifies the desired trajectory. This point has not be almost treated in non linear. To solve this problem, we have proposed a new process modelisation where the perturbation is an intrinsic part of the model (owing to lagrangian formulation). This method has allowed to obtain several models: simulation model, analysis model, model for command. In the following part, we have developed a new technique to control the unbalance to obtain rotation either around the geometrical axis or the axis of inertia to reduce the energy consumption. The control of unbalance is obtained using the coupling of a control law in a fixed reference frame and a other in a rotating reference frame turning at the rotor speed. This two commands represent the desired accelerations required to stabilize the rotor. Knowing this accelerations, the used of a nonlinear transformation is then necessary to obtain a real current or voltage command. This transformation uses, in one hand input-state linearization and passivity, in the other hand sliding modes. In the last part can be found the simulations and the real experiments obtained on a experimental device we have building during the thesis.
Un Palier Magnétique Actif (PMA) est un actionneur agissant à distance sur un mobile grâce à des champs électromagnétiques. Les PMA sont essentiellement utilisés pour positionner sans contact les rotors de machines tournantes avec les avantages suivants : augmentation de la vitesse de rotation au delà des 100 000 tr/m, réduction de maintenance (absence de système de lubrification), et introduction dans des environnements spécifiques (haute température, vide). Le balourd (perturbation due à la non coïncidence entre l'axe géométrique et l'axe d'inertie du rotor) provoque une accélération tournante qui s'applique au centre géométrique et modifie la trajectoire désirée. Ce point n'a quasiment pas été traité en non linéaire. Afin de résoudre ce problème, nous avons proposé une nouvelle modélisation du procédé dans laquelle la perturbation est une partie intrinsèque du modèle (grâce à la formulation lagrangienne). Cette méthode a permis d'obtenir plusieurs modèles : de simulation, d'analyse, de commande. Par la suite, nous avons développé une nouvelle technique permettant de contrôler le balourd pour obtenir une rotation soit autour de l'axe géométrique, soit de l'axe d'inertie pour réduire l'énergie consommée. La maîtrise proposée du balourd passe par l'association d'une commande dans un repère fixe et d'une autre dans un repère tournant à la vitesse du rotor. Ces deux commandes décrivent les accélérations nécessaires pour stabiliser le rotor. A partir de ces dernières, l'application d'une transformation non linéaire permet d'obtenir une commande réelle en courant ou en tension. Cette transformation fait appel, d'une part, à la linéarisation entrée-état associée à la passivité, d'autre part aux modes glissants. La dernière partie est consacrée aux simulations ainsi qu'aux essais réels obtenus sur un banc expérimental que nous avons mis en œuvre au cours de la thèse.
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Automatique / Robotique
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